Régime de conception 2 - générer des règles d’application d’une technique, au prisme de la chimie

technique, au prisme de la chimie ☼ Eléments de contexte

Nous situons un second régime au moment où la chimie, reconnue comme science (au début de 19ème siècle - Robin et al., 2007), contribue au développement de nombreux secteurs, parmi lesquels se trouve l’agriculture : “La chimie est la science de la métamorphose, l’agriculture qui transforme les matières minérales en matières organiques est une science chimique” (Dehérain, 1874, cité par Jas, 2001). Cette citation de Dehérain rend compte d’une dynamique scientifique dans laquelle de nombreux auteurs mobilisent les avancées récentes de la chimie, non plus comme un champ de connaissance parmi d’autres pour comprendre des phénomènes, mais comme le prisme principal pour les observer et les analyser (Jas, 2001). Jas (2005) rend compte de la distanciation qui s’opère, dans cette dynamique, au cours de la production de connaissances, entre ce que font les agriculteurs et ce que génèrent les scientifiques25. Avec l’appui de l’Etat français, ce champ d’investigation se déploie dans différents lieux de production de connaissances dédiés, où les paramètres expérimentaux peuvent être contrôlés. On trouve par exemple : des fermes exemplaires associant champs et laboratoires (avec l’exemple emblématique de la ferme de Boussingault, Denis, 2001), les stations agronomiques et laboratoires d’analyse, déployés par micro-régions afin de cartographier les sols et de recenser les pratiques des praticiens à améliorer (Grandeau, 1869 ; Denis, 2007), ou encore les écoles supérieures d’agriculture dans lesquelles sont installés des champs d’expérimentation (Jas, 2001).

La chimie et ses outils analytiques (notamment l’analyse de sol) offrent un nouvel angle de vue sur le champ cultivé, et démultiplient de ce fait les champs de connaissances à explorer, et les innovations à générer. Les avancées théoriques sont majeures, en France et à l’étranger (Van der Ploeg et al., 1999). Parmi les plus emblématiques se trouve la théorie de la nutrition minérale des plantes (Blondel-Megrelis et Robin, 2002), accompagnée de la loi du minimum et de la notion de facteur limitant (Liebig, 1840). La loi du minimum stipule que « la vie des plantes est soumise à plusieurs conditions spéciales qui, pour chacune des espèces, sont particulières; si l'on place une plante dans toutes ses conditions vitales hormis une seule [le facteur limitant], elle ne pourra pas se développer». Ces développements, conjoints aux apports de la physique, de la science du sol et de la géologie, ont augmenté le potentiel d’interprétation des phénomènes agronomiques (Spiertz, 2014), et ont accéléré la génération de nouveaux intrants, permettant de maitriser les ‘facteurs limitants’, au premier rang desquels se trouvent les engrais chimiques. Ainsi, à cette époque-là, dans de nombreux travaux, l’enjeu est de contribuer à optimiser localement l’usage d’intrants qui ont été conçus hors des fermes.

25 Ces derniers disposent d’une instrumentation et donc d’un angle de vue sur le champ cultivé dont ne disposent pas les agriculteurs.

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☼ Principaux traits des processus de conception

Dans les écrits que nous avons analysés (associés à ce régime), les auteurs ont en commun d’étudier les phénomènes naturels et de générer des prescriptions au prisme de la chimie, c’est-à-dire que c’est cette science qui oriente leurs représentations, et qu’ils mobilisent systématiquement les instruments de production de connaissances de cette discipline (en plus de l’expérimentation au champ).

Citations

Inte

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« Depuis deux ou trois années, l’emploi du nitrate de soude comme matière fertilisante a pris un développement considérable, ayant remarqué que cette matière favorise singulièrement la croissance des betterave, les cultivateurs l’ont pris en grande faveur ; ils en ont utilisé des quantités exagérées, qui font grossir les racines outre mesure, les rendent impropres à la fabrication du sucre, nuisibles à la distillerie (…) c’est pourquoi nous avons entrepris dès 1873 des expériences agricoles dans le but de connaitre l’influence du nitrate de soude sur l’accroissement des betteraves (…) et quelle quantité on peut en utiliser sans dommage pour la qualité de ces racines » Corenwinder et Woussen (1874, p 7) « Si la plupart des fermiers sont convaincus de tous les avantages qui résultent de l’emploi rationnel de ces puissants auxiliaires de la culture intensive, il règne une grande incertitude et des opinions fort contradictoire quant à leur meilleur mode d’emploi. (…) les très nombreuses consultations qu’on nous demande sur cette question, nous prouvent, en effet, la confusion qui règne et l’absence complète de données exactes pouvant servir de base de règles qui doivent nous guider ans le meilleur mode d’emploi des engrais artificiel pour la culture de la betterave à sucre », Petermann (1875, p 242)

P ro ce ss us de co ncept io n

“L’avantage qui résulte d’un emploi rationnel de l’engrais artificiel est encore plus saillant lorsqu’on exprime en argent les rendements obtenus dans les différentes conditions de l’expérience », Petermann (1875, p 259)

« Nous pouvons comparer les résultats du plant de Carignan à ceux du n°4, 5 et 6 de nos expériences traités par le carbonate de potasse, tous les trois ayant sensiblement le même poids (…) ce sarment de l’école des Cépages contenait 0,058 de potasse, la moitié de ce que les nôtres contenaient. Nous ajouterons toutefois qu’ils avaient donné quelques raisins alors que les nôtres n’avaient rien produit » Audoynaud (1877, p 58) Co nte nu s prescript if s

« La potasse doit entrer dans la composition des engrais de la vigne, celle du sol étant généralement dans de mauvaises conditions d’assimilation ; la potasse entraîne en quelque sorte avec elle les autres principes fertilisants », Audoynaud (1877, p 59)

« Puisqu’il est prouvé que dans la majeure partie des cas on peut sans augmenter la dépense d’engrais, remplacer avantageusement une forte partie de ce nitrate par du superphosphate, ce serait une duperie de la part des fabricants de ne pas imposer cette règle, et une inconséquence de la part des cultivateurs de ne pas s’y conformer », Corenwinder et Woussen (1874, p 11)

Tableau 6. Citations extraites d’écrits que nous avons étudiés dans le régime de conception 2

Dans ces écrits, c’est souvent l’observation de défauts de performance, liés à un usage inapproprié des intrants qui initie le souhait de générer de nouvelles prescriptions. Par exemple, Audoynaud (en vigne) et Corenwinder et Woussen (sur betterave sucrière) souhaitent générer des prescriptions permettant un usage optimal des engrais minéraux pour obtenir des rendements et une qualité jugée satisfaisante (dans le cas de Corenwinder et Woussen pour satisfaire les industries transformatrices – Encadré 3). Petermann, par ailleurs, explore différentes voies d’application des engrais pour atteindre des rendements maximums en betterave sucrière (Tableau 6).

Dans ces travaux, on peut définir les modèles conceptuels sur lesquels prend racine la génération de prescriptions de la manière suivante26: un intrant (ex. un engrais), qui, en activant un processus physico-

52 chimique permet de gérer un facteur limitant (ex. la nutrition des plantes) et d’atteindre des états du milieu cultivé et des niveaux de performances jugés satisfaisants (ex. un rendement maximum). Dans ces travaux, les intrants considérés sont a priori connus, ce sont les modalités de leur usage au champ qui font l’objet d’un travail de conception : l’inconnu réside donc dans l’usage optimal des intrants en fonction des cultures et des environnements pédo-climatiques dans lesquels ils seront employés. C’est à partir de connaissances scientifiques disponibles sur la problématique qu’ils traitent, que ces auteurs formulent des hypothèses sur les effets plausibles d’actions sur des processus physico-chimiques (ex. Petermann formule l’hypothèse que les modalités d’application des engrais chimiques – râteau, houe, bêche, etc. – peuvent affecter le pouvoir nutritionnel des engrais). Ces auteurs testent leurs hypothèses au travers d’expérimentations répétées sur plusieurs parcelles et dans le temps, la plupart du temps dans des stations expérimentales. Les outils analytiques de la chimie leur permettent de suivre et de juger les effets des techniques, afin de définir les conditions optimales de leur usage (ex. Petermann montre que les betteraves sucrières croissent mieux dans des sols sablo-limoneux si l’application d’engrais chimiques est suivie d’un profond travail du sol). Dans certains cas, des expérimentations comparées permettent d’optimiser la technique (ex. Corenwinder et Woussen ont ajouté des mesures chimiques sur les cendres pour déterminer quel type de potasse utiliser pour atteindre l’optimum de cristallisation du sucre de la betterave). L’évaluation de l’intérêt d’une technique repose souvent sur des indicateurs quantifiés (ex. rendement, volume de sucre, marge économique), et les preuves (causalité, efficacité) sont définies par voie statistique.

Les contributions de ces travaux se rapportent à l’identification de modalités d’usages efficaces d’intrants agricoles. Les prescriptions générées se rapportent à – ce que nous proposons d’appeler ici - des ‘règles d’action’, qui consistent en des liens prédictifs entre une action, une manière de la réaliser et des effets escomptés, donc qu’un agriculteur pourrait appliquer sur sa parcelle (ex. Corenwinder et Woussen « utilisez du sulfate de potassium pour un rendement et une contenance optimales en sucre de la betterave »).

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Encadré 3 - Eléments sur les explorations de B. Corenwinder et H. Woussen « Les engrais chimiques et la betterave, recherches faites à Houdain (Pas-de-Calais) »27.

Ces auteurs expliquent que le contentieux qu’ils cherchent à résoudre repose sur le fait que les agriculteurs utilisent de manière « irrationnelle » le nitrate de soude, provoquant des renflements sur les racines, les rendant impropres à la transformation. Par ce travail, ils cherchent une manière d’employer des engrais sur cette culture qui assure un haut rendement et un taux de sucre élevé en betterave sans augmenter les dépenses.

Au long du travail, les auteurs exposent des connaissances qu’ils rassemblent sur les facteurs influençant la richesse en sucre de la betterave (choix variétal, emploi judicieux des engrais), sur les engrais disponibles, leurs caractéristiques et performances (ex : nitrate de soude, phosphate… le nitrate de soude est un engrais incomplet qui, employé seul de manière récurrente, risque de « dépouiller le sol de ses éléments utiles à l’accroissement des plantes »). C’est au travers d’une série d’expérimentations qu’ils produisent des connaissances sur les relations entre l’emploi du nitrate de soude et la production de betterave, toutes réalisées en station, et reposant sur des hypothèses formulées à partir de connaissances produites dans un cadre scientifique. Ils explorent par exemple la première année : quelle est l’influence du nitrate de soude sur l’accroissement de la betterave, employé seul ou avec une « matière complémentaire » ? En faisant l’hypothèse que « le sel augmente la proportion des substances salines, nuit à la production de la matière sucrée, les dommages pourraient être limités selon les quantités apportées ». L’expérimentation compare les effets, sur une culture de betterave, de plusieurs modalités : témoin sans engrais et avec apports de différents engrais (nitrate de soude, sulfate ammoniaque, sulfate ammoniaque + phosphate fossile…). Ils obtiennent sur une parcelle un résultat surprenant : l’ajout de phosphate soluble au nitrate de soude conduit à des rendements très élevés et des betteraves ayant « coefficient salin peu ordinaire ». Sur la base de nouvelles hypothèses, croisant leurs observations et les connaissances scientifiques, plusieurs autres expérimentations leur permettent d’explorer l’influence de l’engrais contenant du superphosphate sur la croissance et la richesse de la betterave, ou encore l’influence de différents engrais sur les matières minérales contenues dans les jus des betteraves. C’est à partir de leurs observations, mesures et en s’appuyant sur des analyses chimiques qu’ils constatent que le « superphosphate » est plus efficace dans les sols pauvres et proposent de « remplacer une partie des apports en nitrate de soude par de l’acide phosphorique pour augmenter les rendements sans augmenter la dépense ». Les analyses chimiques sur la richesse saccharine montrent aussi que le sulfate ammoniaque assure un taux de sucre plus élevé que le nitrate de soude ; le chlorure de potassium est très nuisible, le superphosphate a une influence très prononcée sur le taux de sucre (+ 2 à 3%), effet validé (selon le sol) en comparaison aux autres engrais testés, et que les cendres fumées avec du nitrate de soude contiennent moins de « carbone de potasse et plus de carbone de soude » que celles avec sulfate d’ammoniaque. Le chlorure de potassium ajouté à l’engrais se retrouve dans les cendres, et les auteurs jugent qu’il apparait préférable d’utiliser le sulfate de potasse au chlorure de potassium, ce dernier sel ayant une action nuisible sur la cristallisation du sucre.

Ils concluent ce travail en proscrivant l’usage du nitrate de soude employé seul et d’autant plus en quantité exagérée. Ils proposent une règle, que les fabricants de sucre auraient, selon eux, tout intérêt à imposer aux cultivateurs, visant l’utilisation conjointe de nitrate et de superphosphate (qui n’augmente pas les coûts, assure des teneurs en sucre satisfaisantes, des poids de betterave élevés et limite la cristallisation du sucre).

27 Le détail de leur travail se trouve dans les annales agronomiques (1874) et les prescriptions qu’ils formulent sont aussi présentées dans le journal d’agriculture pratique (1875).

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3.3. Régime de conception 3 – générer des règles d’optimisation d’une

technique, au prisme de plusieurs disciplines connexes à l’agronomie ☼ Eléments de contexte

Nous situons un autre régime dans un contexte où, après la 2ème guerre mondiale, en France et plus largement en Europe, les projets pour l’agriculture, impulsés par le gouvernement, visent la modernisation rapide des exploitations agricoles pour atteindre l’autosuffisance alimentaire nationale et contribuer au développement des zones rurales (Bonneuil et al., 2008 ; Demolon, 1946). La stratégie de modernisation de l’agriculture repose sur la production de masse et la dissémination rapide d’innovations techniques dans les exploitations agricoles. Le renforcement ou la création de nombreux organismes de Recherche et Développement agricoles exprime l’engagement de l’Etat dans la concrétisation de ce projet collectif.

« Le rôle de l’Etat doit être d’éduquer les producteurs (…) En particulier il lui appartient de favoriser sur le plan technique toutes les améliorations capables de donner à l’immense labeur des praticiens son maximum de rendement avec le minimum de prix de revient. Ce rôle, il le remplira par le développement continu de la Recherche, de l’Enseignement, de la Démonstration et de la Vulgarisation. (…) La France a un sérieux effort à faire pour élever le niveau de sa production végétale et animale. (…) l’agriculture n’est plus comme autrefois un mode de vie, mais une véritable industrie biologique qui ne triomphera, dans la lutte de son existence, que si elle sait mettre à son service les immenses ressources de la Science.» (Demolon, 1946).

La création de l’Institut National de la Recherche Agronomique (INRA, en 1946) booste la production de connaissances scientifiques dans de nombreuses disciplines (ex. physiologie des plantes, phytopathologie, génétique) et stimule la génération d’innovations techniques (pesticides, régulateurs de croissance, variétés – Bonneuil et Thomas, 2009). A partir de 1952, les Instituts Techniques, organisés par filières de production (vigne, céréales, fruits et légumes, élevage…), génèrent des références à partir de connaissances scientifiques, à destination des conseillers agricoles, qui les disséminent notamment via des démonstrations en exploitation. Les Chambres d’Agriculture (qui ont acquis un rôle d’appui technique en 1966), les industries agroalimentaires et les coopératives déploient des activités de conseil pour disséminer et adapter localement l’usage d’intrants agricoles (Brives, 2008).

Comme dans d’autres pays, les connaissances sont produites dans les laboratoires, dans des stations expérimentales et des exploitations. Deux avancées majeures façonnent, dans ce régime, les modes de production de connaissances, notamment les statistiques Fisheriennes (Spiertz, 2014) et la modélisation mathématique, permettant la simulation et l’optimisation (Palti, 1981).

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☼ Traits des processus de conception

Dans les écrits étudiés dans ce régime, comme dans le précédent, les travaux sont initiés dans l’optique d’optimiser l’usage local d’intrants nouvellement créés hors des exploitations agricoles, avec l’enjeu d’atteindre des niveaux de performances maximums et souvent pour valoriser le potentiel de rendement de nouvelles variétés. Par exemple (Tableau 7), les travaux de Jourdheuil, Koller et Hébert portent respectivement sur l’optimisation de l’usage de pesticides sur colza, de régulateurs de croissance et des apports de fertilisation azotée sur blé.

Dans ce régime, les auteurs ont accès à de nombreuses avancées scientifiques dans différentes disciplines connexes à l’agronomie (écophysiologie, malherbologie, sciences du sol, phytopathologie, …). Leur travaux témoignent d’une sophistication dans leurs modèles conceptuels qu’on peut définir comme : un intrant (dont l’usage doit être optimisé), pour gérer un facteur limitant (ex. un bioagresseur), soumis à divers facteurs de contingence du milieu (biotiques, édaphiques, climatiques, etc.), et dans l’objectif d’atteindre des états du milieu et des niveaux de performance jugés satisfaisants. Cette représentation témoigne d’une prise en compte accrue de dimensions de ‘la situation agronomique’ dans laquelle doit être opérationnalisée une technique qu’il convient d’optimiser en fonction de conditions du sol, du climat, de caractéristiques biotiques et, comme dans le cas de Hébert, en prenant en compte différents historiques de la parcelle et différentes options d’outillage. Dans ces travaux, pour optimiser l’usage d’un intrant dans différentes fermes, l’inconnu réside dans la recherche, la hiérarchisation et l’agencement des connaissances issues de disciplines connexes à l’agronomie, pour établir des liens de causalité et d’efficacité entre des modalités d’usage d’un intrant et différentes caractéristiques des situations agronomiques.

C’est d’abord à partir de l’organisation de connaissances scientifiques dont ils disposent (ex. sur la biologie du charançon des siliques, sur les méthodes de piégeage, la nocivité du charançon, Jourdheuil) qu’ils formulent des hypothèses de relations entre des variables sur des caractéristiques du milieu, des modalités d’application d’un intrant et des effets escomptés dans le milieu cultivé. Et c’est à partir d’expérimentations, réalisées en stations ou en ferme (souvent pour explorer la diversité des situations agronomiques) qu’ils valident ou revisitent les hypothèses formulées, ce qui induit souvent la recherche de connaissances complémentaires ou la réalisation de nouvelles expérimentations. La production de connaissances s’appuie, pour beaucoup, sur des expérimentations répétées, mais c’est aussi à l’aide des instruments propres aux disciplines connexes sur lesquels ils s’appuient qu’ils produisent (parfois en partenariat) de nouvelles connaissances. Et, ce sont les statistiques et/ou l’étude des mécanismes en jeu qui permettent de ‘faire la preuve’ des connaissances produites. Au cours de leurs explorations, ces auteurs cherchent aussi à définir des moyens, accessibles aux agriculteurs, pour paramétrer, dans leurs situations, les modèles ou règles d’optimisation qu’ils mettront à leur disposition (par exemple -

56 les teneurs en azote minéral dans le sol, en sortie d’hiver, il propose des indicateurs de taux d’azote dans les résidus de culture, ...).

Citations

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« On a décidé de ‘orienter vers une autre méthode de lutte qu’on a appelé ‘la stratégie de lutte chimique dirigée’. Dans cette méthode, on conservait la priorité aux méthodes chimiques de lutte, faute d’avoir d’autres moyens à notre disposition, mais la stratégie d’utilisation était modifiée. Il nous fallait trouver : des substances chimiques ou des procédés d’application qui soient à la fois plus efficace et moins polluants pour l’environnement, à utiliser des produits plus rationnellement dans le temps, de manière à ne pas être obligés de répéter plusieurs applications contre un même insecte, à ne faire de traitement que dans la mesure où des risques de dégâts justifient économiquement des interventions » (Jourdheuil, 1977, p 3-4) « La verse a toujours été pour le blé un accident redoutable (…) elle est plus que jamais le principal facteur limitant du rendement » (Koller, 1969, p 771)

P ro ce ss es de co ncept io n

« En abordant la question de la quantité et du fractionnement de l’azote il faut bien penser que : la taille et la sensibilité à la verse augmentent avec la dose d’azote, la tardivité augmente avec la dose d’azote, dans le fractionnement, l’apport tardif n’est pas toujours favorable. » (Koller, 1969, p 775)

« La croissance et le développement du blé sont classiquement répartis en deux périodes : une période végétative allant de la germination à la différenciation de l’apex ; à une période reproductrice. (…) si la